(57)【要約】【課題】  製造工程における有機層の損傷を抑制し、高輝度化および省電力化を図ることが可能な有機ＥＬ素子、これを用いた有機ＥＬ表示装置、および有機ＥＬ素子の製造方法を提供すること。【解決手段】  互いに対向配置された陽極２および陰極４と、陽極２および陰極４の間に介在し、かつ発光層３ｂを含む有機層３と、を備える有機ＥＬ素子Ａ１であって、陰極４は、ＭｇＡｇ合金からなり、かつその厚さが２００Å以下である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向配置された陽極および陰極と、
上記陽極および陰極の間に介在し、かつ発光層を含む有機層と、
を備える有機ＥＬ素子であって、
上記陰極は、ＭｇＡｇ合金からなり、かつその厚さが２００Å以下であることを特徴とする、有機ＥＬ発光素子。
【請求項２】
上記陰極は、その厚さが４０〜１００Åである、請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項３】
上記陰極は、Ａｇ濃度が２５〜７０atomic％である、請求項１または２に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項４】
上記陰極は、
その厚さ方向においてＡｇ濃度が均一である均一濃度層と、
上記均一濃度層を挟んで上記有機層とは反対側に位置し、かつその厚さ方向においてＡｇ濃度が不均一である不均一濃度層と、からなる、請求項１または２に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項５】
上記均一濃度層は、Ａｇ濃度が２５〜７０atomic％である、請求項４に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項６】
上記均一濃度層は、その厚さが２０Å以上である、請求項４または５に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項７】
上記不均一濃度層は、上記均一濃度層側に最も近接する部分のＡｇ濃度よりも、上記均一濃度層から最も離間した部分のＡｇ濃度の方が大である、請求項４ないし６のいずれかに記載の有機ＥＬ素子。
【請求項８】
上記不均一濃度層は、上記均一濃度層から最も離間した部分のＡｇ濃度が、１００atomic％である、請求項７に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項９】
上記不均一濃度層は、
第１ＭｇＡｇ合金層と、
上記第１ＭｇＡｇ合金層を挟んで上記均一濃度層とは反対側に位置し、かつそのＡｇ濃度が上記第１ＭｇＡｇ合金層よりも大である第２ＭｇＡｇ合金層と、
を含んでいる、請求項７または８に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１０】
上記陰極を挟んで上記有機層と反対側に位置するＡｕ層がさらに設けられており、かつ
上記陰極の厚さと上記Ａｕ層の厚さとの合計が、２００Å以下である、請求項１ないし９のいずれかに記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１１】
上記陰極と上記有機層との間に、Ｌｉを含む層がさらに介在している、請求項１ないし１０のいずれかに記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１２】
基板と、
上記基板に支持された複数の請求項１ないし１１のいずれかに記載の有機ＥＬ素子と、
上記複数の有機ＥＬ素子を発光駆動するためのアクティブマトリクス回路と、を備えることを特徴とする、有機ＥＬ表示装置。
【請求項１３】
上記基板は、シリコン基板であり、
上記アクティブマトリクス回路は、上記基板上に形成された複数のトランジスタを具備して構成されている、請求項１２に記載の有機ＥＬ表示装置。
【請求項１４】
陽極を形成する工程と、
発光層を含む有機層を形成する工程と、
陰極を形成する工程と、
を有する有機ＥＬ素子の製造方法であって、
上記陰極を形成する工程は、ＭｇとＡｇとを共蒸着することにより行うことを特徴とする、有機ＥＬ素子の製造方法。
【請求項１５】
上記共蒸着においては、蒸着速度を０．１〜１．０Å／ｓｅｃとする、請求項１４に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
【請求項１６】
上記陰極を形成する工程は、
ＭｇおよびＡｇの蒸着速度をそれぞれ一定として共蒸着する工程と、
Ｍｇの蒸着速度に対するＡｇの蒸着速度の比が、時間の経過とともに大きくなるように共蒸着する工程と、
を含んでいる、請求項１４または１５に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
【請求項１７】
上記陰極を形成する工程の後に、上記陰極上にＡｕを蒸着する工程をさらに有する、請求項１４ないし１６のいずれかに記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
【請求項１８】
上記有機層を形成する工程の後、上記陰極を形成する工程の前に、Ｌｉを含む層を形成する工程をさらに有する、請求項１４ないし１７のいずれかに記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一対の電極間に有機層を介在させ、この有機層に電界を与えることにより発光させる有機ＥＬ素子、これを用いた有機ＥＬ表示装置、および有機ＥＬ素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の有機ＥＬ素子としては、図１４に示すものがある（たとえば、特許文献１参照）。同図に示された有機ＥＬ素子Ｘは、透明基板９１上に金属反射膜９２と陽極としての多層透明電極９３とを備えている。多層透明電極９３と陰極としての透明電極９５との間には、有機層９４が介在している。有機層９４は、正孔注入層９４ａ、正孔輸送層９４ｂ、発光層９４ｃ、電子輸送層９４ｄ、および電子注入層９４ｅからなる。多層透明電極９３および透明電極９５の間に電界を与えると、発光層９４ｃが発光する。この光のうち図中上方に向かうものは、透明電極９５を透過して有機ＥＬ素子Ｘから図中上方に出射される。一方、図中下方に向かう光は、多層透明電極９３を透過して金属反射膜９２により反射される。反射された光は、多層透明電極９３、有機層９４、および透明電極９５を透過して有機ＥＬ素子Ｘから図中上方へと出射される。このように、有機ＥＬ素子Ｘは、透明基板９１とは反対側へと光を出射する、いわゆるトップエミッション型の有機ＥＬ素子として構成されている。
【０００３】
しかしながら、透明電極９５は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）やＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）からなり、スパッタ法、分子線エピタキシー法（以下ＭＢＥ法）、またはイオンプレーティング法などを用いて形成される。これらの手法においては、有機層９４をたとえば１００度以下の比較的低温状態としておくことが、困難である。これにより、有機層９４が化学的な損傷を受ける場合があった。また、上述した手法においては、ＩＴＯやＩＺＯを形成するための原子や分子またはこれらのイオンが有機層９４に衝突させられる。このため、有機層９４が物理的な損傷を受けることが避けられない。したがって、有機ＥＬ素子Ｘの消費電力が大きくなったり、輝度が低下してしまうなどの問題があった。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２４７１０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、製造工程における有機層の損傷を抑制し、高輝度化および省電力化を図ることが可能な有機ＥＬ素子、これを用いた有機ＥＬ表示装置、および有機ＥＬ素子の製造方法を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【０００７】
本発明の第１の側面によって提供される有機ＥＬ素子は、互いに対向配置された陽極および陰極と、上記陽極および陰極の間に介在し、かつ発光層を含む有機層と、を備える有機ＥＬ素子であって、上記陰極は、ＭｇＡｇ合金からなり、かつその厚さが２００Å以下であることを特徴としている。
【０００８】
このような構成によれば、上記陰極の仕事関数をたとえばＩＴＯからなる陰極よりも小さくすることができる。したがって、上記陰極から上記有機層への電子注入効率を高めることが可能であり、上記有機ＥＬ素子の省電力化を図ることができる。また、２００Å以下程度の厚さであれば、上記発光層からの光を上記陰極を透過させることが可能であり、上記有機ＥＬ素子の高輝度化を図ることができる。さらに、上記陰極は、ＭｇおよびＡｇを蒸着源とした共蒸着により形成することが可能であり、上記有機層への損傷を回避するのに適している。
【０００９】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記陰極は、その厚さが４０〜１００Åである。このような構成によれば、上記陰極の光透過率を高めつつ、上記陰極のシート抵抗を小さくすることが可能である。したがって、上記有機ＥＬ素子の高輝度化と省電力化とを図ることができる。
【００１０】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記陰極は、Ａｇ濃度が２５〜７０atomic％である。このような構成によれば、上記陰極の仕事関数を、３．７ｅＶ以下程度とすることが可能であり、省電力化に好ましい。
【００１１】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記陰極は、その厚さ方向においてＡｇ濃度が均一である均一濃度層と、上記均一濃度層を挟んで上記有機層とは反対側に位置し、かつその厚さ方向においてＡｇ濃度が不均一である不均一濃度層と、からなる。このような構成によれば、上記均一濃度層のＡｇ濃度を、仕事関数を小さくするのに適した濃度としつつ、上記不均一濃度層のうち上記均一濃度層とは反対側の部分のＡｇ濃度を大きくすることができる。ＭｇＡｇ合金中のＡｇ濃度が高いほど、雰囲気による浸食などを抑制するのに適している。したがって、上記有機ＥＬ素子の省電力化を図りつつ、耐環境性を向上させることができる。
【００１２】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記均一濃度層は、Ａｇ濃度が２５〜７０atomic％である。このような構成によれば、上記有機ＥＬ素子の省電力化に好ましい。
【００１３】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記均一濃度層は、その厚さが２０Å以上である。このような構成によれば、上記陰極から上記有機層への電子注入効率の向上効果を適切に発揮させることができる。
【００１４】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記不均一濃度層は、最も上記均一濃度層側に位置する部分のＡｇ濃度よりも、上記均一濃度層から最も離間した部分のＡｇ濃度の方が大である。このような構成によれば、上記有機ＥＬ素子の省電力化を図りつつ、耐環境性を向上させるのに適している。
【００１５】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記不均一濃度層は、上記均一濃度層から最も離間した部分のＡｇ濃度が、１００atomic％である。このような構成によれば、上記陰極が雰囲気などに浸食されることを抑制するのに好適である。
【００１６】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記不均一濃度層は、第１ＭｇＡｇ合金層と、上記第１ＭｇＡｇ合金層を挟んで上記均一濃度層とは反対側に位置し、かつそのＡｇ濃度が上記第１ＭｇＡｇ合金層よりも大である第２ＭｇＡｇ合金層と、を含んでいる。このような構成によっても、上記有機ＥＬ素子の省電力化を図りつつ、耐環境性を向上させることができる。
【００１７】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記陰極を挟んで上記有機層と反対側に位置するＡｕ層がさらに設けられており、かつ上記陰極の厚さと上記Ａｕ層の厚さとの合計が、２００Å以下である。このような構成によれば、上記陰極が雰囲気などにより浸食されることを回避するのに有利である。また、上記陰極と上記Ａｕ層とにより上記発光層からの光が不当に減衰されることを防止可能である。
【００１８】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記陰極と上記有機層との間に、Ｌｉを含む層がさらに介在している。このような構成によれば、上記陰極から上記有機層への電子注入効率をさらに高めることができる。
【００１９】
本発明の第２の側面によって提供される有機ＥＬ表示装置は、基板と、上記基板に支持された複数の本発明の第１の側面によって提供される有機ＥＬ素子と、上記複数の有機ＥＬ素子を発光駆動するためのアクティブマトリクス回路と、を備えることを特徴としている。このような構成によれば、上記有機ＥＬ表示装置の省電力化を図りつつ、画質を向上させることができる。
【００２０】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記基板は、シリコン基板であり、上記アクティブマトリクス回路は、上記基板上に形成された複数のトランジスタを具備して構成されている。このような構成によれば、上記有機ＥＬ素子の配置について、高密度化を図ることが可能であり、上記有機ＥＬ表示装置の高精細化を図ることができる。
【００２１】
本発明の第３の側面によって提供される有機ＥＬ素子の製造方法は、陽極を形成する工程と、発光層を含む有機層を形成する工程と、陰極を形成する工程と、を有する有機ＥＬ素子の製造方法であって、上記陰極を形成する工程は、ＭｇとＡｇとを共蒸着することにより行うことを特徴としている。このような構成によれば、本発明の第１の側面によって提供される有機ＥＬ素子を適切に製造することができる。
【００２２】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記共蒸着においては、蒸着速度を０．１〜１．０Å／ｓｅｃとする。このような構成によれば、上記有機層を不当に損傷することなく、上記陰極を適切に製造することができる。
【００２３】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記陰極を形成する工程は、ＭｇおよびＡｇの蒸着速度をそれぞれ一定として共蒸着する工程と、Ｍｇの蒸着速度に対するＡｇの蒸着速度の比が、時間の経過とともに大きくなるように共蒸着する工程と、を含んでいる。このような構成によれば、上記陰極を、Ａｇ濃度が均一である均一濃度層と、Ａｇ濃度が上記均一濃度層から離間するほど大きくなる不均一濃度層と、からなる積層構造を有するものとして製造することができる。
【００２４】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記陰極を形成する工程の後に、上記陰極上にＡｕを蒸着する工程をさらに有する。このような構成によれば、上記陰極が雰囲気などに浸食されることを回避するのに有利である。
【００２５】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記有機層を形成する工程の後、上記陰極を形成する工程の前に、Ｌｉを含む層を形成する工程をさらに有する。このような構成によれば、上記陰極から上記有機層への電子注入効率を高めるのに有利である。
【００２６】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
【００２８】
図１は、本発明に係る有機ＥＬ素子の第１実施形態を示している。この有機ＥＬ素子Ａ１は、反射層５、陽極２、有機層３、陰極４を備えており、基板１上に形成されている。後述するように有機ＥＬ素子Ａ１は、図中上方に向けて光Ｌを出射するいわゆるトップエミッション型の有機ＥＬ素子として構成されている。
【００２９】
基板１は、絶縁基板であり、有機ＥＬ素子Ａ１を支持するためのものである。
【００３０】
反射層５は、基板１上に形成されており、陽極２を透過してきた光Ｌを図中上方へと反射するためのものである。反射層５は、たとえばＡｌからなり、反射率が比較的高い層とされている。
【００３１】
陽極２は、有機層３に電界を与えて、正孔を注入するためのものであり、電源Ｐの＋極と導通している。本実施形態においては、陽極２は、いわゆる透明電極として構成されており、たとえばＩＴＯからなる。なお、陽極２の材質としては、ＩＴＯに変えてＩＺＯを用いてもよい。陽極２の厚さは、たとえば１０００Å程度とされる。
【００３２】
有機層３は、正孔輸送層３ａおよび発光層３ｂが積層されたものであり、陽極２と陰極４とに挟まれている。
【００３３】
正孔輸送層３ａは、陽極２から注入された正孔を発光層３ｂへと輸送するための層である。本実施形態においては、正孔輸送層３ａは、N,N'-ビス(1-ナフチル)-N,N'-ジフェニル-1,1'-ビフェニル-4,4'-ジアミン（α−ＮＰＤ）により形成されており、その厚さが５００Å程度とされている。なお、正孔輸送層３ａの材質としては、α−ＮＰＤに代えてトリフェニルアミン誘導体（ＴＰＤ）やフェニルアミンの４量体（ＴＰＴＥ）を用いてもよい。
【００３４】
発光層３ｂは、正孔輸送層３ａ上に形成されており、陽極２から注入された正孔と陰極４から注入された電子とが再結合することにより発光する部分である。発光層３ｂは、たとえばオキシンを３配位したアルミニウム錯体（以下Ａｌｑ3）からなり、その厚さが５００Å程度とされている。
【００３５】
なお、有機層３は、発光層３ｂの材質として、比較的電子輸送能力が大きいＡｌｑ3が採用されており、正孔と電子との注入バランスを向上させるために正孔輸送層３ａと発光層３ｂとからなる二層構造が選択されているが、これは本発明で言う有機層の一構成例にすぎない。本実施形態と異なり、正孔注入層、電子輸送層、および電子注入層などを備える構成であってもよい。
【００３６】
陰極４は、有機層３に電界をあたえて、電子を注入するためのものであり、電源Ｐの−極に導通している。陰極４は、ＭｇＡｇ合金からなり、ＬｉＦ層４１を介して、有機層３の発光層３ｂ上に形成されている。ＬｉＦ層４１および陰極４は、それぞれの厚さが５Åおよび８０Å程度とされている。
【００３７】
図２に示すように、陰極４は、均一濃度層４ａと不均一濃度層４ｂとが積層された構造とされている。均一濃度層４ａは、その厚さ方向においてＡｇ濃度が均一な層であり、その厚さｔａが３０Å程度とされている。図３は、陰極４の厚さ方向におけるＡｇ濃度分布を示している。本図に示すように、均一濃度層４ａのＡｇ濃度は、５０atomic％程度とされている。不均一濃度層４ｂは、その厚さ方向においてＡｇ濃度が不均一な層であり、その厚さｔｂが５０Å程度とされている。図３に示すように、不均一濃度層４ｂのＡｇ濃度は、均一濃度層４ａから離間するほど単調増加する線形分布となっている。不均一濃度層４ｂのうち均一濃度層４ａと接する部分のＡｇ濃度は、５０atomic％程度であり、均一濃度層とほぼ同じである。一方、不均一濃度層４ｂのうち、均一濃度層４ａから最も離間した部分のＡｇ濃度は、ほぼ１００atomic％とされている。
【００３８】
図１に示すように、陰極４上には、Ａｕ層４２が形成されている。Ａｕ層４２は、陰極４を雰囲気などによる浸食から保護するためのものであり、その厚さがたとえば１０Å程度とされている。
【００３９】
図４は、有機ＥＬ素子Ａ１が用いられた有機ＥＬ表示装置の一例を示している。同図に示された有機ＥＬ表示装置Ｂ１は、基板１と、アクティブマトリクス回路Ｃと、複数の有機ＥＬ素子Ａ１とを備えている。有機ＥＬ表示装置Ｂ１においては、複数の有機ＥＬ素子Ａ１がマトリクス状に配置されており、図中上方に向けて画像などを表示可能に構成されている。
【００４０】
基板１は、たとえば単結晶シリコン基板である。基板１上には、アクティブマトリクス回路Ｃが形成されている。
【００４１】
アクティブマトリクス回路Ｃは、複数の有機ＥＬ素子Ａ１を発光駆動するためのものであり、複数のトランジスタ７、ゲート配線７８、データ配線７９、およびその他の配線（図示略）を備えている。
【００４２】
複数のトランジスタ７は、複数の有機ＥＬ素子Ａ１のスイッチングを行うためのものであり、ゲート電極７１、ソース電極７２、ドレイン電極７３、Ｎ+ソース領域７４、Ｎ+ドレイン領域７５、チャネル領域７６を備えたいわゆるＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）型トランジスタとして構成されている。
【００４３】
Ｎ+ソース領域７４、Ｎ+ドレイン領域７５、チャネル領域７６は、トランジスタ７の
スイッチング機能を実現するための部位である。ゲート電極７１は、ゲート配線７８に導通しており、チャネル領域７６に作用させる電界を発生させるためのものであり、絶縁層８１を介してチャネル領域７６の図中上方に設けられている。ゲート電極７１が高電位または低電位の状態とされることにより、トランジスタ７がＯＮ状態またはＯＦＦ状態とされ、有機ＥＬ素子Ａ１に対するスイッチングがなされる。ソース電極７２は、有機ＥＬ素子Ａ１の反射層５を介して陽極２に導通している。ドレイン電極７３は、データ配線７９に導通している。トランジスタ７がＯＮ状態とされると、ソース電極７２とドレイン電極７３との間に電流が流れる。これにより、有機ＥＬ素子Ａ１に対して電界が与えられ、有機ＥＬ素子Ａ１が発光する。複数のトランジスタ７は、絶縁層８１により覆われている。隣り合うトランジスタ７どうしは、フィールド酸化膜７７により絶縁されている。
【００４４】
絶縁層８１上には、複数の有機ＥＬ素子Ａ１がマトリクス状に形成されている。これらの有機ＥＬ素子Ａ１は、図１を参照して説明した構成とされている。陰極４は、有機ＥＬ表示装置Ｂ１における共通電極となっている。
【００４５】
保護層８２は、複数の有機ＥＬ素子Ａ１を覆うように形成されている。保護層８２は、たとえば乾燥剤を混入したガラスと、これを封止する紫外線硬化性樹脂とが積層されたものであり、光透過率が比較的大きい。
【００４６】
次に、有機ＥＬ表示装置Ｂ１の製造方法の一例を図５〜図８を参照して以下に説明する。この製造方法には、有機ＥＬ素子Ａ１の製造方法の一例が含まれる。
【００４７】
まず、図５に示すように、単結晶シリコンからなる基板１を準備し、この基板１上に複数のトランジスタ７を具備するアクティブマトリクス回路Ｃを形成する。
【００４８】
次に、図６に示すように、反射層５および陽極２を形成する。反射層５および陽極２を形成するには、まず、絶縁層８１に複数のコンタクトホール８１ａを形成する。これらのコンタクトホール８１ａは、トランジスタ７のソース電極７２に達するものとしておく。複数のコンタクトホール８１ａを形成した後は、絶縁層８１上にたとえばＡｌを用いたスパッタ処理を施すことにより、Ａｌの薄膜を形成する。次いで、このＡｌの薄膜上に、スパッタ法、ＭＢＥ法、またはイオンプレーティング法などを用いて１０００Å程度の厚さのＩＴＯの薄膜を形成する。そして、これらの薄膜に対してたとえばフォトリソグラフィの手法を用いたパターニングを施すことにより反射層５および陽極２を形成する。このパターニングは、各反射層２がコンタクトホール８１ａに進入する部分を有するように行う。これにより、各陽極２を各ソース電極７２と導通させることができる。
【００４９】
陽極２を形成した後は、図７に示すように、有機層３を形成する。まず、α−ＮＰＤを用いた真空蒸着法により、複数の陽極２および絶縁層８１を覆うように正孔輸送層３ａを形成する。正孔輸送層３ａの厚さは、５００Å程度とする。正孔輸送層３ａの材質としては、α―ＮＰＤに代えてＴＰＤやＴＰＴＥを用いてもよい。次いで、Ａｌｑ3を用いた真空蒸着法により、正孔輸送層３ａ上に発光層３ｂを形成する。発光層３ｂの厚さは、５００Å程度とする。
【００５０】
有機層３を形成した後は、図８に示すように、ＬｉＦ層４１、陰極４およびＡｕ層４２を形成する。ＬｉＦ層４１の形成は、たとえば真空蒸着法を用いて行い、その厚さを５Åとする。陰極４の形成は、たとえば蒸着源としてＭｇおよびＡｇを用いた共蒸着により行う。この共蒸着においては、まずＭｇおよびＡｇの蒸着速度の比を１：１とした状態で共蒸着を開始する。この状態で共蒸着を継続し、図２および図３に示したようにＡｇ濃度が５０atomic％程度の均一濃度層４ａを形成する。均一濃度層４ａの厚さは、３０Å程度とする。次いで、ＭｇおよびＡｇの蒸着速度の比を上述した１：１から０：１へと徐々に変化させながら共蒸着を行う。この蒸着速度の比を変化させるには、たとえば、Ａｇの蒸着速度を一定とした状態で、Ｍｇの蒸着速度を時間の経過とともに０に向けて線形的に減少させればよい。これにより、図２および図３に示したようにＡｇ濃度がその厚さ方向において５０atomic％から１００atomic％まで線形分布する不均一濃度層４ｂが得られる。不均一濃度層４ｂの厚さは、たとえば５０Å程度とする。また、上記共蒸着における蒸着速度としては、０．１〜１．０Å程度が好ましい。陰極４を形成した後は、たとえば真空蒸着法を用いてＡｕ層４２を形成する。Ａｕ層４２の厚さは、たとえば１０Å程度とする。
【００５１】
Ａｕ層４２を形成した後は、乾燥剤を混入したガラスによりＡｕ層４２を覆い、このガラスを紫外線硬化性樹脂を用いて封止する。これにより、図４に示す保護層８２が形成され、複数の有機ＥＬ素子Ａ１が用いられた有機ＥＬ表示装置Ｂ１が得られる。
【００５２】
次に、有機ＥＬ素子Ａ１およびこれを用いた有機ＥＬ表示装置Ｂ１の作用について説明する。
【００５３】
本実施形態によれば、陰極４を蒸着法を用いて形成することにより、有機層３への物理的または化学的損傷を回避することができる。これにより、有機層３への電子注入効率を適切に行うことが可能となる。また、発光層３ｂにおける発光が不当に低下させられることもない。したがって、有機ＥＬ素子Ａ１の省電力化および高輝度化を図ることができる。また、有機ＥＬ表示装置Ｂ１としても、省電力化や画質の向上を図ることができる。特に、陰極４を形成する際の蒸着速度を０．１〜１．０Å／ｓｅｃ程度とすれば、有機層３の損傷を回避するのに適している。
【００５４】
図９は、陰極４の材質であるＭｇＡｇ合金の厚さと光透過率との関係を示している。図中のプロットは、それぞれ波長が４５０ｎｍ，５５０ｎｍ，６００ｎｍの光に対する光透過率を示している。本図から理解されるように、陰極４の厚さが８０Å程度の場合、陰極４の光透過率は５５％程度である。この程度の光透過率を有していれば、発光層４ｂからの光Ｌを図１における図中上方へと適切に透過させることが可能である。したがって、トップエミッション型の有機ＥＬ素子Ａ１の高輝度化、および有機ＥＬ表示装置Ｂ１の画質の向上に有利である。なお、発明者らの研究によれば、陰極４の光透過率としては、少なくとも１５％程度、好ましくは４０％程度以上であることが、有機ＥＬ素子Ａ１の高輝度化、および有機ＥＬ表示装置Ｂ１の画質の向上に必要であることが分かった。この点において、陰極４の厚さは、２００Å以下とすれば、有機ＥＬ素子Ａ１の発光機能を発揮させることが可能であり、１００Å以下であればより好ましい。
【００５５】
図１０は、ＭｇＡｇ合金の厚さとシート抵抗との関係を示している。本図から理解されるように、陰極４の厚さが８０Å程度の場合、陰極４のシート抵抗は１８Ω／□程度である。このシート抵抗が小さいほど、陰極４から有機層３への電子注入効率を高めることができる。本実施形態の陰極４のシート抵抗は、一般的なＩＴＯからなる陰極のシート抵抗と同程度かそれ以下である。したがって、有機ＥＬ素子Ａ１および有機ＥＬ表示装置Ｂ１の省電力化に有利である。なお、発明者らの研究によれば、陰極４としては、シート抵抗を少なくとも４０Ω／□以下に抑えることが、有機ＥＬ素子Ａ１および有機ＥＬ表示装置Ｂ１の省電力化に必要であるという知見が得られた。この点において、陰極４の厚さは、４０Å以上であることが好ましい。
【００５６】
以上より、陰極４の厚さを４０〜１００Å程度とすれば、高輝度化と省電力化とを両立させるのに好ましい。
【００５７】
図１１は、ＭｇＡｇ合金のＡｇ濃度と仕事関数の関係を示している。本図から理解されるように、ＭｇＡｇ合金中のＡｇ濃度を０atomic％から大きくしていくと、仕事関数は３．８ｅＶ程度から徐々に小さくなる。この仕事関数は、Ａｇ濃度が７０atomic％程度において最小値である３．６ｅＶ程度となる。Ａｇ濃度をさらに大きくすると、８０atomic％程度を境界として、仕事関数は極端に大きくなる。陰極４の材質としてＡｇＭｇ合金を用いる場合には、有機層３への電子注入効率を高める観点から、仕事関数が小さい方が好ましい。本実施形態においては、有機層３側に位置する均一濃度層４ａのＡｇ濃度が５０atomic％程度であるため、均一濃度層４ａの仕事関数は、３．６５ｅＶ程度と比較的小さい。したがって、有機層３への電子注入効率を高めることが可能であり、有機ＥＬ素子Ａ１および有機ＥＬ表示装置Ｂ１の省電力化を図るのに好適である。なお、陰極４から有機層３への電子注入効率を高める観点からは、陰極４のうち少なくとも有機層３側の部分のＡｇ濃度を、２５〜７５atomic％とすることが好ましい。これにより、陰極４の有機層３側の部分の仕事関数を、概ね３．７ｅＶ以下とすることが可能だからである。なお、均一濃度層４ａの厚さとしては、２０Å以上とすることが好ましい。
【００５８】
また、図２および図３に示したように、陰極４のうちＡｕ層４２と接する部分においては、Ａｇ濃度が１００atomic％であることにより、たとえば有機ＥＬ素子Ａ１の製造工程において雰囲気によって浸食されにくいものとなっている。したがって、陰極４の耐環境性を向上させて、有機ＥＬ素子Ａ１および有機ＥＬ表示装置Ｂ１の製造工程における劣化や使用による経年変化を抑制することができる。陰極４を均一濃度層４ａと不均一濃度層４ｂとの積層構造としておけば、電子注入効率の向上と、耐環境性の向上とを両立させるのに適している。なお、陰極４のうちＡｕ層４２と接する部分のＡｇ濃度は、１００atomic％であることが望ましいが、少なくとも均一濃度層４ａのＡｇ濃度よりも大とすれば、耐環境性の向上を図ることができる。
【００５９】
陰極４を覆うようにＡｕ層４２が設けられていることにより、陰極４が雰囲気などにより浸食されることを回避するのに有利である。また、Ａｕ層４２の厚さと陰極４の厚さとの合計を２００Å以下としておけば、Ａｕ層４２と陰極４とをあわせた層の光透過率を１５％程度とすることが可能であり、有機ＥＬ素子Ａ１の発光機能を発揮させることができる。
【００６０】
有機層３と陰極４との間にＬｉを含むＬｉＦ層を介在させておけば、このＬｉＦ層がいわゆるバッファ層としての機能を果たす。したがって、陰極４から有機層３への電子注入効率を高めるのに有利である。
【００６１】
図１２および図１３は、本発明に係る有機ＥＬ素子の第２実施形態を示している。なお、これらの図においては、上記実施形態と類似の要素については、同一の符号を付しており、適宜説明を省略する。
【００６２】
有機ＥＬ素子Ａ２においては、陰極４の不均一濃度層４ｂが複数のＭｇＡｇ合金層からなる点が上述した実施形態と異なっており、その他の構成要素は、図１に示された有機ＥＬ素子Ａ１と同じである。図１２に示すように、不均一濃度層４ｂは、ＭｇＡｇ合金層４ｂ１，４ｂ２，４ｂ３，４ｂ４からなる積層構造を有している。これらのＭｇＡｇ合金層４ｂ１，４ｂ２，４ｂ３，４ｂ４の厚さは、ほぼ同一とされている。図１３に示すように、不均一濃度層４ｂのＡｇ濃度は、その厚さ方向において均一濃度層４ａから離間するほど段階的に大きくなっている。このような不均一濃度層４ｂは、たとえばＭｇとＡｇとの共蒸着により形成することができる。この共蒸着においては、Ａｇの蒸着速度を一定とした状態で、Ｍｇの蒸着濃度を時間の経過とともに段階的に小さくすれば、図１３に示すＡｇ濃度分布とされた不均一濃度層４ｂが得られる。
【００６３】
このような実施形態によっても、均一濃度層４ａにより電子注入効率を高めるとともに、陰極４の耐環境性を向上させることができる。
【００６４】
本発明に係る有機ＥＬ素子、有機ＥＬ表示装置および有機ＥＬ素子の製造方法は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る有機ＥＬ素子および有機ＥＬ表示装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。また、本発明に係る有機ＥＬ素子の製造方法に含まれる各処理は、種々に変更自在である。
【００６５】
陰極としては、均一濃度層と不均一濃度層とが積層された構造とすることが好ましいが、たとえば陰極全体においてＡｇ濃度が均一であってもよい。このような構成においても、Ａｇ濃度を２５〜７０atomic％とすることが、電子注入効率の向上に好ましい。また、陰極のＡｇ濃度が陰極全体において不均一であってもよい。このような構成においても、陰極のうち有機層側の部分におけるＡｇ濃度を２５〜７０atomic％とする一方、有機層から最も離間した部分のＡｇ濃度を１００atomic％とすることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明に係る有機ＥＬ素子の第１実施形態を示す要部断面図である。
【図２】図１に示す有機ＥＬ素子の要部拡大断面図である。
【図３】図１に示す有機ＥＬ素子の陰極の厚さとＡｇ濃度との関係を示すグラフである。
【図４】図１に示す有機ＥＬ素子を用いた有機ＥＬ表示装置を示す要部断面図である。
【図５】図４に示す有機ＥＬ表示装置の製造方法の一例のうち、アクティブマトリクス回路を形成する工程を説明するための要部断面図である。
【図６】図２に示す有機ＥＬ表示装置の製造方法の一例のうち、陽極を形成する工程を説明するための要部断面図である。
【図７】図４に示す有機ＥＬ表示装置の製造方法の一例のうち、有機層を形成する工程を説明するための要部断面図である。
【図８】図４に示す有機ＥＬ表示装置の製造方法の一例のうち、陰極を形成する工程を説明するための要部断面図である。
【図９】ＭｇＡｇ合金の光透過率を示すグラフである。
【図１０】ＭｇＡｇ合金のシート抵抗を示すグラフである。
【図１１】ＭｇＡｇ合金の仕事関数を示すグラフである。
【図１２】本発明に係る有機ＥＬ素子の第２実施形態を示す要部断面図である。
【図１３】図１２に示す有機ＥＬ素子の陰極の厚さとＡｇ濃度との関係を示すグラフである。
【図１４】従来の有機ＥＬ素子の一例を示す要部断面図である。
【符号の説明】
【００６７】
Ａ１，Ａ２  有機ＥＬ素子
Ｂ１      有機ＥＬ表示装置
Ｃ      アクティブマトリクス回路
Ｌ      光
Ｐ      電源
１      基板
２      陽極
３      有機層
３ａ    正孔輸送層
３ｂ    発光層
４      陰極
４ａ    均一濃度層
４ｂ    不均一濃度層
４ｂ１，４ｂ２，４ｂ３，４ｂ４  ＭｇＡｇ合金層
５      反射層
７      トランジスタ
４１    ＬｉＦ層
４２    Ａｕ層
７１  ゲート電極
７２  ソース電極
７３  ドレイン電極
７４  Ｎ+ソース領域
７５  Ｎ+ドレイン領域
７６  チャネル領域
７７  フィールド酸化膜
７８  ゲート配線
７９  データ配線
８１  絶縁層
８２  保護層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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